Проектирование маневрового односекционного тепловоза ТЭМ2

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

1. Исходные данные

Таблица 1

Тепловоз

Тип дизеля

Эффективная мощность Nе, кВт

Удельный эффективный расход топлива gе, кг/кВтч

Емкость топливного бака кг, G

Масса состава, т

ТЭМ2

ПД1М

880

0,224

5440

4100

2. Тепловоз ТЭМ2 и его модификации

Код ОКП 31 8148 13ОЗ (ТЭМ2) 31 8148 13О5 (ТЭМ2А) 31 8148 1312 (ТЭМ2М) 31 8148 1313 (ТЭМЗ) 31 8148 1316 (ТЭМ2Э и ТЭМ2Т)

Тепловоз ТЭМ2 маневровый, односекционный, мощностью 882 кВт (12ОО л. с.) предназначен для маневровой и вывозной работы.

Силовая установка тепловоза состоит из дизеля марки ПД1М и электрической передачи постоянного тока. Тяговый генератор прикреплен к дизелю через фланец. Привод колесных пар индивидуальный с опорно-осевой установкой тяговых двигателей.

Тепловоз может оборудоваться диетаным приводом контроллера для обеспечения управления машинистом без помощника. В тепловозе применен механический отключатель привод вентилятора холодильника. Компресор, вспомогательный генератор-возбудитель, вентиляторы тяговых двигателей имеют механический привод. В выпускной системе применено искрогасящее устройство, а на основании — глушитель шума.

3. Развеска тепловоза

При проектировании тепловоза необходимо разместить оборудование в кузове и на тележках так, чтобы обеспечить равенство нагрузок по колесным парам и по колесам левой и правой стороны.

Эти расчеты называются развеской тепловоза, в первом случае продольной, во втором — поперечной.

Таблица 2. Весовая ведомость тепловозов ТЭМ2

№ п/п

Наименование узла (группы деталей)

Вес, кН

Плечо,

1

Дизель-генераторная группа

248,00

8,695

2

Рама тепловоза с принадлежностями и балластом

194,28

6,76

3

Трубопроводы всех систем тепловоза и их оборудование

59,24

7,83

4

Оборудование шахты холодильника

54,83

3,18

5

Высоковольтная камера с оборудованием и аккумуляторная батарея

38,00

12,90

6

Кабина машиниста с оборудованием

51,27

12,80

7

Кузов тепловоза с принадлежностями

60,10

10,20

8

Обслуживающий вес

55,00

8,7

9

Тележки (две)

231,64x2

10

Неподрессоренный вес тепловоза

251,30

Условный центр моментов находится спереди средней оси тележки
на расстоянии 4,60 м.

Используя данные табл. 2 (Gj и lj), находят моменты Mi относительно условной оси моментов. За условную ось принимается ось передней автосцепки.

Mj=Gi-li,KHM. (1)

Результаты расчетов сводим в таблицу 3.

Таблица 3

№ п/п

Наименование групп узлов и агрегатов тепловоза

Вес Gi, кН

Плечо li, км

Момент Gili, кНм

1

Дизель-генераторная группа

248,00

8,695

2156,36

2

Рама тепловоза с принадлежностями и балластом

194,28

6,76

1313,33

3

Трубопроводы всех систем тепловоза и их оборудование

59,24

7,83

463,84

4

Оборудование шахты холодильника

54,83

3,18

174,35

5

Высоковольтная камера с оборудованием и аккумуляторная батарея

38,00

12,90

490,2

6

Кабина машиниста с оборудованием

51,27

12,80

656,25

7

Кузов тепловоза с принадлежностями

60,10

10,20

613,02

8

Обслуживающий вес

55,00

8,7

478,5

УGi = 760,72 УGili = 6345,85

Определив моменты Gili, находят УGi и УGili и положение центра тяжести кузова, где приложена равнодействующая всех весов агрегатов УGi, расстояние центра тяжести от условной оси моментов определяют по формуле (рис. 3):

(2)

В табл. 4 и на рис. 4 приведены геометрические параметры тепловозов. Из них находим расстояние между осями автосцепок la, тепловоза-образца и другие данные. Очевидно, чтобы нагрузки на каждую тележку были одинаковыми, центр тяжести должен находиться по середине тепловоза, т. е.

Тогда a1 = a2 (рис. 2) и

(3)

Рис. 4. Схема геометрических параметров тепловоза Основные геометрические размеры тепловозов

Таблица 4

Тип тепло

воза

Колесная фор

мула

Диа

метр колеса D, м

Тип подвешива

ния ТЭД

Длина тележ

ки lт, м

Расстояние между шкворнями lш, м

Длина по осям авто

сцепок lа, м

а, м

в, м

с, м

Е, м

ТЭМ2

30-30

1,05

ООП

5,32

8,6

16,97

2,1

2,1

4,4

2,084

Примечание: ООП опорно-осевое подвешивание

Если центр тяжести не совпадает с серединой тепловоза, т. е. а1? а2, необходимо найти нагрузки по тележкам из выражений:

и (4)

Разница между этими нагрузками не должна превышать 2…3%.

Следует заметить, что при развеске проектируемого тепловоза равенство нагрузок по тележкам достигается либо перемещением оборудования в кузове, либо размещением балласта в раме кузова. Применение балласта возможно не только для этих целей, но и при желании увеличить сцепную массу локомотива.

Для расчета рессорного подвешивания и определения динамических качеств локомотива необходимо найти обрессоренный вес приходящийся на каждую тележку:

(5)

где — обрессоренный вес собственно тележки.

Очевидно, что

(6)

Здесь GT — полный вес тележки.

mТ — число колесных пар тележки;

q — необрсссоренный (мертвый) вес каждой колесной пары. Это вес колесной пары с буксами и 0,5 веса ТЭД (при опорно-осевом подвешивании). При опорно-рамном подвешивании ТЭД к необрессоренному весу q относится только вес колесной пары с буксами.

q можно принимать:

при опорно-осевом подвешивании ТЭД q=45…46 кН;

Тогда, обрессоренный вес Рк, приходящийся на колесную пару:

(7)

Полная нагрузка от оси колесной пары на рельсы:

П = Рк + q, кН. (8)

Полученное значение П можно проверить по весовой ведомости тепловоза-образца. Очевидно:

, кН (9)

где mc — число осей секции тепловоза.

Значения П, подсчитанные по формулам и, должны совпадать.

В нашем случае:

=760,72−397,16=363,56 кН

(отклонение в пределах допуска).

= 231,64 — 3 • 45 = 96,64 кН

П = Рк + q = 158,88+45=203,88 кН

Проверка:

4. Составление кинематической схемы привода вспомогательных агрегатов и определение затрат мощности на их привод

Ne — это мощность, снимаемая с фланца коленчатого вала, т. е. полезная мощность, вырабатываемая дизелем. Однако для создания тяги локомотива используется не вся эта мощность, т.к. часть ее расходуется на привод вспомогательных агрегатов, обеспечивающих нормальную работу тепловоза (вентилятор холодильника, тормозной компрессор, вентиляторы охлаждения электрических машин и т. д.).

Вспомогательные механизмы выполняют следующие функции.

Вентиляторы холодильника дизеля служат для охлаждения воды дизеля (иногда масла) в секциях холодильника. Приводятся во вращение, как правило, от коленчатого вала дизеля или непосредственно через механический редуктор, или через редуктор и гидромуфту. Гидромуфта — переменного наполнения, т. е. круг циркуляции автоматически (в зависимости от температуры охлаждаемой воды) заполняется рабочей жидкостью от минимума до полного заполнения. Этим обеспечивается изменение частоты вращения вентилятора, т. е. интенсивность охлаждения воздухом, который подает вентилятор.

Охлаждение электрических машин происходит централизованно, т. е. один вентилятор подает воздух на охлаждение тягового генератора, вспомогательного генератора, ТЭД, выпрямительной установки и т. д. Привод вентилятора механический.

Тормозной компрессор служит для подачи воздуха в тормозную магистраль и в пневмосистему управления тепловозом. Привод его осуществляется от коленчатого нала дизеля через редуктор.

Мощность вспомогательных агрегатов тепловоза-образца, кВт

Вспомогательные механизмы и агрегаты

Тепловозы

ТЭМ2

Вентиляторы холодильника дизеля

37,5

Вентиляторы электрических машин и агрегатов

17,68

Тормозной компрессор

36,8

Возбудитель и вспомогательный генератор

11,03

Расчёт мощности на привод вентилятора холодильника

Мощность, потребляемая вентилятором, Nе=37,5 кВт при частоте вращения n = 1000 об/мин;

Скольжение гидромуфты на номинальном режиме S=3%=0,03;

Номинальная частота вращения вала дизеля nдиз=1000 об/мин;

Число зубьев конического зацепления Z2=48; Z1=23.

Тогда передаточное число механического редуктора с учетом скольжения гидромуфты будет равно

Приведенная к валу дизеля мощность на привод вентилятора холодильника

Здесь змех — механический кпд передачи от вала дизеля к валу вентилятора;

згм — кпд гидромуфты.

По схеме привода получим

змех = зцз? зкв? зкз = 0,985 • 0,99 • 0,975 = 0,95,

где зцз = 0,985 — кпд цилиндрической пары зацепления;

зкв = 0,99 — кпд карданного вала;

зкз = 0,975 — кпд конического зацепления.

Кпд гидромуфты определяется из условия

Частота вращения насосного колеса гидромуфты

nн = nдиз? мр = 1000 • 2,28 = 2280 об/мин

Частота вращения турбинного колеса гидромуфты

об/мин

Тогда кпд гидромуфты

Приведенная к валу дизеля мощность на привод вентилятора

кВт.

Мощность на привод вентилятора централизованного охлаждения электрических машин определяется из условия, что при номинальном режиме, вентилятор потребляет мощность Nвцо=17,68 кВт. Тогда приведенная к валу дизеля мощность вентилятора централизованного охлаждения, при кпд конического зацепления зкз = 0,975, будет равна

кВт

Расчет мощности на привод тормозного компрессора

В качестве примера принимаем тормозной компрессор КТ7 с параметрами:

— мощность, потребляемая компрессором, — 36,8 кВт при 1000 об/мин;

— мощность на холостом ходу — 22,8 кВт.

Привод компрессора — непосредственно от коленчатого вала. По статистике на тяговом режиме компрессор работает 25% и на холостом ходу — 75%.

Тогда:

NTK = 36,8 • 0,25 + 22,8 • 0,75 = 26,3 кВт.

Расход мощности на привод агрегатов от стартер-генератора:

— масляный насос — 4,2 кВт

— топливо подкачивающий насос — 0,6 кВт

— прожектор — 1,0 кВт

— отопительно-вентиляторный агрегат — 4,2 кВт

— цепь автоматики и управления — 10,0 кВт

— обогрев аккумуляторных отсеков — 10,0 кВт

Итого Nст.г. =30 кВт.

Мощность стартер-генератора, приведенная к фланцу коленчатого вала:

, кВт

где зстг = 0,84 — кпд стартер-генератора;

зр = 0,97 — кпд редуктора передачи.

Потери мощности на возбуждение тягового генератора, приведенные к фланцу коленчатого вала:

, кВт

где Nвоз = 11,03 — мощность возбуждения тягового генератора;

зтр = 0,95 — кпд тиристора;

звг = 0,91 — кпд вспомогательного генератора.

Тогда суммарная мощность, затрачиваемая на вспомогательные нужды на 15-й позиции контроллера при нормальных атмосферных условиях (в тяговом режиме):

, кВт

Потери мощности на вспомогательные нужды в% от мощности дизеля:

5. Схема колесно-моторного блока тепловоза-образца и определение передаточного отношения тягового редуктора

тепловоз модификация редуктор привод

Все современные тепловозы имеют индивидуальный электрический привод, т. е. на каждой колесной паре подвешивается тяговый электродвигатель (ТЭД), который через тяговый редуктор передает крутящий момент на колесную пару.

Существующие способы подвешивания ТЭД можно разбить на три группы:

— опорно-осевое;

— опорно-рамное;

— комбинированное.

При опорно-осевом подвешивании (рис. 6) тяговый двигатель 1 с одной стороны опирается на ось колесной пары 4 через моторно-осевой подшипник 6, а с другой стороны — на раму тележки через пружинный пакет 5. С помощью шестерни Zb напрессованной на вал якоря ТЭД, и зубчатого колеса 3 на оси колесной пары, крутящий момент от электродвигателя передается на колесную пару.

Преимущество такого подвешивания — простота конструкции, обеспечивающей передачу крутящего момента. Недостаток — ухудшение динамических качеств локомотива из-за увеличения необрессоренного веса локомотива за счет примерно половины веса ТЭД, опирающегося непосредственно на ось колесной пары. Однако это ухудшение становится значительным только при скоростях более 100 км/ч. Поэтому практически на всех грузовых тепловозах применяют простое опорно-осевое подвешивание.

При опорно-рамном подвешивании (рис. 7) ТЭД1 крепится полностью на раме тележки. На ось колесной пары 3 установлен полный вал 5. Последний вращается в подшипниках 6, находящихся в корпусе ТЭД. Зубчатое колесо 4 установлено не на оси колесной пары, а на полом валу и вращает последний шестерней якоря двигателя 2. Таким образом, вместе с надрессорным строением тележки тяговый двигатель, а вместе с ним и полый вал совершает вертикальные колебания относительно колесной пары. Зазор Л между полым валом и осью колесной пары должен быть не меньше максимального динамического прогиба надрессорного строения. Следовательно, возникает проблема передачи крутящего момента от колеблющегося ТЭД и полого вала на колесную пару. Существуют разные способы решения этой проблемы, одним из которых является передача с полым валом и шарнирно-поводковой муфтой (передача фирмы «Альстом»). На рис. схематически показано, как зубчатое колесо 4 через отверстие в центре колесной пары связано с шарнирно-поводковой муфтой 7, по концам которой находятся резинометаллические упругие элементы 8. Эти упругие элементы и обеспечивают компенсацию перемещений при вертикальных колебаниях ТЭД на рессорном подвешивании.

Рис. 7. Схема опорно-рамного подвешивания ТЭД с полым валом

Преимущество такого способа подвешивания — улучшение динамических качеств локомотива, особенно при высоких скоростях движения, так как ТЭД полностью обрессорен. Недостаток — сложность передачи крутящего момента от тягового двигателя к колесным парам. Поэтому этот метод применяется только на пассажирских тепловозах.

Комбинированное подвешивание ТЭД пока применяется только на тепловозе 2ТЭ121 (рис. 8).

В этом случае тяговый двигатель 1 также полностью подвешен к раме тележки, а корпус тягового редуктора 4 с шестернями опирается через подшипники на ось колесной пары 2. Вал 7 якоря ТЭД полый, на торце вала находится зубчатая муфта 5. Крутящий момент якоря через эту зубчатую муфту и торсионный вал 3 передается на упругую муфту 6, а от нее — на ведущую шестерню и зубчатое колесо тягового редуктора и далее на ось колесной пары.

При таком подвешивании уменьшакугся динамические воздействия по сравнению с опорно-осевым подвешиванием и несколько проще механизм передачи крутящего момента по сравнению с передачей при опорно-рамном подвешивании ТЭД.

Рис. 8. Схема комбинированного подвешивания ТЭД

Как видно из рассмотренных выше схем подвешивания, во всех случаях передача крутящего момента от ТЭД к колесным парам осуществляется через одноступенчатый тяговый редуктор, важнейшим параметром которого является передаточное отношение р. (или передаточное число). Это отношение крутящего момента на колесной паре к моменту на валу якоря ТЭД при длительном режиме работы колесно

моторного блока (КМБ). Его также можно представить как отношение частоты вращения якоря ТЭД к частоте вращения колесной пары или через отношение числа зубьев зубчатого колеса Z2, к числу зубьев шестерни якоря Z1 т. е.

(10)

где Мк — крутящий момент на колесной паре, кНм;

Мя? — крутящий момент, создаваемый якорем ТЭД при длительном режиме, кНм

Fд? — сила тяги КМБ на длительном режиме, кН;

Дк — диаметр колеса, м.

Значения Fд? и Мя? можно определить из выражений:

, (11)

Здесь: Nд? — мощность ТЭД при длительном режиме, кВт;

Vр — расчетная скорость, км/ч;

nя? — частота вращения якоря длительного режима, об/мин.

Из соотношения

получим (12)

где nЯмах — максимально допустимая частота вращения якоря ТЭД из условия прочности.

В расчетах можно принять nЯмах = 2200…2300 об/мин;

Vконст — конструктивная скорость, км/ч.

Используя формулы (10), (11) и (12), после преобразований получим

(13)

Это передаточное число получено из условия прочности якоря ТЭД. Однако его нужно уточнить из условия размещения ТЭД на колесной паре.

Введем понятие — длина централи «А». Это расстояние между осями тягового двигателя и колесной пары. Тогда, очевидно:

, откуда (14)

Здесь, m — модуль зубчатого зацепления тягового редуктора; можно принять m = 10.

Длина централи в ориентировочном расчете принимается А=469 мм.

Число зубьев Z1 и Z2 определяется при решении двух уравнений:

Полученные значения Z1 и Z2 округляются до ближайшего целого числа и окончательно уточняется м.

В нашем случае: Vконст = 100 км/ч; Дк = 1,05 м; nЯмах = 2200 об/мин.

Принимаем: m = 10, А=469 мм.

Z1 = 17,4; Z2 = 76,36. Принимаем Z1 = 17 и Z2 = 76. Тогда окончательно

.

6. Составление схемы рессорного подвешивания тележки и определение динамических параметров тепловоза

Сбалансированное рессорное подвешивание (рис. 9) состоит из упругих элементов (рессоры, пружины), соединенных между собой балансирами «Б». Последние по концам через подвески связаны с упругими элементами, а в середине опираются на буксу колесной пары.

Преимущество такого подвешивания — выравнивание вертикальных нагрузок по осям колесных пар, если они изменились на одной из осей по какой либо причине. Недостаток — большая металлоемкость и большой объем ремонта трущихся деталей (подвески, втулки, валики балансиров и подвесок).

Рис. 9. Сбалансированная схема рессорного подвешивания

В индивидуальной схеме (рис. 10) каждый буксовый узел имеет собственные упругие элементы (пружины или рессоры), не связанные между собой балансирами. Такое подвешивание проще, имеет меньший вес, меньшие затраты на ремонт (нет трущихся деталей). Но при изменении нагрузки на какую-либо ось это изменение не выравнивается за счет других осей. Следовательно, в этом случае нужно более строго подходить к развеске локомотива по осям колесных пар.

Рис. 10 Индивидуальная схема рессорного подвешивания

Третья схема (рис. 11) представляет собой также сбалансированное рессорное подвешивание в нижнем ярусе (буксовом) и с четырьмя индивидуальными пружинами боковых опор в верхнем ярусе (опирание кузова на тележку).

В этом случае при вертикальных колебаниях работают пружины (Пи П2, П3) и рессоры (Р) нижнего яруса и резиновые конусы (РА) в маятниковых опорах (МО). При боковой качке — рессорное подвешивание нижнего яруса и пружины боковых опор (под нагрузкой Р2).

Нагрузка на центральные маятниковые опоры Pt и боковые опоры Р2, как правило, равны между собой.

Такие опоры применяются на пассажирских тепловозах ТЭП60 и ТЭП70.

Рис. 11 Схема с центральными маятниковыми и боковыми пружинными опорами

Основным параметром любого упругого элемента или группы этих элементов является жесткость — отношение статической нагрузки на элемент или группу упругих элементов к их статическому прогибу, т. е.

(15)

На рессорное подвешивание тележки действует статическая нагрузка веса кузова с его оборудованием и обрессоренный вес тележки.

Ранее, при развеске локомотива, мы находили эту нагрузку на тележку от обрессоренного веса. Тогда в соответствии с формулой (15) жесткость рессорного подвешивания тележки определится из выражения

, кН/мм (16)

где fст — статический прогиб рессорного подвешивания, fст = 115 мм.

Тепловоз на рессорном подвешивании представляет собой колебательную систему с определенной частотой колебаний. Напомним, что в механике различают собственные и вынужденные колебания системы. Собственными колебаниями называются колебания системы под действием однократной внешней силы. Эти колебания постепенно затухают и тем быстрее, чем больше будет сопротивление в системе. Для увеличения сопротивления колебаниям в систему вводят гасители колебаний (гидравлические или фрикционные).

Вынужденные колебания — колебания, возникающие под действием периодически действующей силы. Для локомотива такой силой могут быть импульсы со стороны рельсового пути (например, от стыков), неровности пути.

Из теории колебаний угловая частота собственных колебаний надрессорного строения тележки при вертикальных колебаниях (подпрыгивании) определяется по формуле

, с-1 (17)

Здесь: Жт — жесткость тележки, определяемая по формуле (16), но в размерности Н/м;

— обрессоренная масса, действующая на одну тележку.

Ориентировочно = 0,1 • • 103, кг.

Тогда линейная частота будет равна.

, (17')

Во время работы тепловоза в процессе колебаний возникают динамические нагрузки на рессорное подвешивание и далее на колесные пары, которые оцениваются коэффициентом динамики Кд:

(18)

Статический прогиб в этой формуле fст — в мм.

Грузовые тепловозы имеют Vконст = 100 км/ч.

Определив коэффициент динамики, можно найти динамические нагрузки

(19)

Величина Рдин, полученная по формуле (19), не должна превышать Рст более чем на 30…40%.

При вынужденных вертикальных колебаниях, возникающих от периодического воздействия стыков рельсового пути, может наступить резонанс (когда частота собственных колебаний совпадает с частотой вынужденных колебаний системы). Критическая скорость локомотива, при которой наступает это явление, определяется по формуле

Vкрит=3,6L? х, км/ч,

где L — длина рельса, м.

Локомотивы проектируются так, чтобы Vкрит? Vконст.

В нашем случае сбалансированное рессорное подвешивание и:

=0,1 • 476 • 103 = 47,6 • 103 кг

кН/мм = 500 • 104 Н/мм

с-1

Гц

При длине рельса L = 12,5 м

Vкрит=3,6 • 12,5 • 1,67 = 75,15 км/ч,

При длине рельса L = 25 м

Vкрит=3,6 • 25 • 1,67 = 150,3 км/ч.

Таким образом, наш локомотив с данной жесткостью рессорного подвешивания не может двигаться с конструктивной скоростью 100 км/ч по рельсовой колее с длиной рельса 12,5 м

7. Построение тяговой характеристики тепловоза и определение его кпд

Тяговой характеристикой тепловоза называется зависимость касательной силы тяги, создаваемой локомотивом, от скорости, т. е. Fк = f (V). Напомним, что идеальная тяговая характеристика, обеспечивающая постоянство касательной мощности во всем диапазоне скоростей, описывается выражением

NK = = const, т. е. FKV=const,

откуда (20)

где NK — касательная мощность тепловоза, кВт;

FK — касательная сила тяги, кН.

Реализуемая на ободе колес касательная мощность будет равна

NK = Ne • зпер? ввсп, (21)

где Ne — эффективная мощность дизеля, кВт;

зпер — кпд электрической передачи;

ввсп = (1 — в'всп) — коэффициент, учитывающий потери мощности на привод вспомогательных агрегатов (определены в разд. 4. 3).

Кпд электрической передачи определяется:

— для передачи постоянного тока:

зпер = зг • зтэд • зтр

Здесь: зг, зтэд, зтр — кпд тягового генератора, тягового электродвигателя, тягового редуктора.

Для ориентировочных расчетов можно принимать: зг = 0,93…0,95; зтэд = 0,85…0,88; зтр = 0,97.

Определив касательную мощность по формуле (21), строят тяговую характеристику по формуле (20), задаваясь различными скоростями V от 5 км/ч до конструкционной с интервалом 5… 10 км/ч. При этом принимаем, что мощность во всем диапазоне скоростей постоянна.

По результатам расчета строится зависимость FK=f (V).

На построенную зависимость FK=f (V) необходимо нанести ограничение по сцеплению FKСЦ=f (V).

Согласно основному закону локомотивной тяги FK? FKCЦ, сила сцепления колеса с рельсом FKCЦ определяется по выражению

FKCЦ = Рсц? шк (22)

колеса с

где шк — расчетный коэффициент сцепления колеса с рельсом, определяемый по формулам:

(24)

Рсц — сцепной вес локомотива, кН. Определяется по результатам расчета развески (разд. 4. 2):

Рсц = УGi+2Gт, кН

Расчет FKCЦ по формуле (22) производится для скоростей: 0, 5, 10, 20, 30 (до пересечения с тяговой характеристикой). Точка пересечения этих кривых соответствует скорости, при которой начинает использоваться полная мощность локомотива и выход на автоматическую тяговую характеристику (скорость порога).

Если на тяговую характеристику FK = f (V) нанести зависимость W = f (V), т. е. полного сопротивления состава в функции от скорости, то точка пересечения этих кривых определит равномерную скорость движения поезда для того профиля пути, для которого рассчитано сопротивление состава.

Эта методика определения равномерных скоростей будет использована дальше при расчете пробега тепловоза между наборами топлива.

Основным экономическим показателем тепловоза является его кпд, который представляет собой отношение полезной работы (или мощности) к затраченному теплу, полученному в результате сгорания топлива.

(25)

Кпд тепловоза в основном зависит от кпд дизеля и затрат мощности на привод вспомогательного оборудования. Для современных тепловозов он находится в пределах

зт = 0,28…0,32.

Для нашего тепловоза:

зпер = 0,93 • 0,85 • 0,97=0,76;

ввсп = (1 — 0,1) = 0,9

Тогда NK=880 • 0,76 • 0,9 = 601,92 кВт.

Задаемся различными значениями скорости V и результаты расчета сводим в табл. 5.

Таблица 5. Результаты расчёта силы тяги

V, км/ч

5

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

FK, кН

433

216

108

72

54

43

36

30

27

24

21

На построенную по этим данным тяговую характеристику наносим ограничения по сцеплению и конструктивной скорости. Для построения ограничения по сцеплению принимаем

Рсц = УGi+2Gт = 760 + 463,2 = 1223,2 кН

Тогда

FKCЦ = 1223,2? шк

Коэффициент сцепления определяем по формуле

Задаемся скоростями от 0 до 30 км/ч. Результаты сводим в табл. 6.

Таблица 6. Результаты ограничения силы тяги по сцеплению

V, км/ч

0

5

10

20

30

40

шк

0,3

0,27

0,251

0,223

0,205

0,192

Fксц, кН

366,9

330

307

273

251

235

Кпд тепловоза при Вч = ge • Ne = 197,2 кг/ч и =42 745 кДж/кг.

8. Определение пробега тепловоза между наборами топлива

В условиях эксплуатации очень важно знать пробег тепловоза между экипировками и, в частности, между снабжением тепловоза дизельным топливом. Это позволит более рационально разместить на заданном участке пункты экипировки и технического обслуживания тепловозов и организовать их эксплуатационную работу. Пробег тепловоза между снабжением топливом в основном определяется емкостью топливных баков.

Исходную (основную) норму расхода дизельного топлива на прямом и горизонтальном пути в кг на измеритель 104 ткмбр можно определить по формуле

, (26)

где Q — масса состава, т;

Вч — часовой расход топлива, кг/ч;

V0 — равномерная скорость движения поезда на площадке, км/ч.

Часовой расход топлива дизелем определяется по формуле

Bч=ge • Ne, (27)

где gе — удельный эффективный расход топлива, кг/экВтч;

Nе — эффективная мощность дизеля, кВт.

На тяговую характеристику тепловоза необходимо нанести зависимость полного сопротивления движению поезда W0 = f (V). Пересечение графиков этих зависимостей определяет искомую скорость V0.

Полное сопротивлению движению поезда W0 слагается полного сопротивления локомотива W'0 и состава W"0 при движении на площадке.

(28)

где w'0 — основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме тяги, кгс/т;

w"0 — основное удельное средневзвешенное сопротивление движению состава, кгс/т;

Р — масса локомотива, т

Q — масса состава, т.

Удельное сопротивление движению локомотива, кгс/т.

w'0 = 1,9 + 0,01 • V + 0,0003 • V2, (29)

где V — скорость движения, км/ч.

Удельное сопротивление движению состава, кгс/т:

— для 4-осных вагонов на подшипниках скольжения

, (30)

для вагонов на подшипниках качения

, (31)

где q04 — масса вагона, приходящаяся на ось, т/ось; для грузовых вагонов q04 = 20…22 т/ось.

Соотношение вагонов в грузовых поездах на подшипниках качения и скольжения следует принимать соответственно 90 и 10%. Тогда основное удельное средневзвешенное сопротивление движению состава определится в виде:

(33)

Расчет полного сопротивления движению поезда W0 следует произвести для скоростей 20, 40, 60, 80, 100 км/ч.

Результаты сводим в таблицу 7.

Действительная норма расхода дизельного топлива в кг/104 ткмбр зависит от массы состава, скорости движения, профиля пути и ряда других факторов.

n = no • Ki • Kщ • Kз • Kф + Дnn + Kx • nx +Дnc, (34)

где Ki — коэффициент, оценивающий влияние профиля пути;

Kщ — коэффициент, оценивающий отличие сопротивления поезда для конкретного участка от сопротивления, принятого при расчете основной нормы;

Kз — коэффициент, оценивающий модернизацию тепловоза, вызывающую снижения расхода топлива;

Kф — температурный коэффициент, оценивающий климатические условия;

Дnn — относительный расход топлива, оценивающий затраты энергии на

торможение поезда;

Кх — коэффициент, равный отношению времени холостого хода к общему времени движения;

nx — относительный часовой расход топлива на холостом ходу;

Дnc — относительный расход топлива тепловозом на стоянках.

Величина коэффициента Ki зависит от трудности профиля:

Ki =l + a • iэ, (35)

где iэ — эквивалентный уклон, оценивающий трудность профиля участка, для которого определяется норма расхода топлива;

а — коэффициент, зависящий от категории поезда, скорости движения и вида тяги.

Таблица 7. Значения коэффициента «а"=f (Vэ)

Поезда

Значения коэффициента «а» при Vэ, км/ч

30

40

50

60

70

80

90

100

Грузовые

0,57

0,523

0,479

0,433

0,389

0,343

0,298

0,255

Скорость движения поезда на эквивалентном уклоне Vэ определяется аналогично скорости Vо. Однако надо иметь в виду, что на значение полного сопротивления движению поезда будет влиять эквивалентный уклон iэ:

(36)

Удельное сопротивление от iэ принимается с учетом знака уклона (±) из расчета, что 1 ‰ уклона соответствует удельное сопротивление в 1 кгс/т. Результаты расчета Wэ на эквивалентном уклоне следует свести в табл. 9. Если на эквивалентном уклоне со знаком минус эквивалентная скорость получится больше конструкционной, то в расчетах следует принимать Vэ = Vконстр.

Для приближенного определения пробега тепловоза между наборами топлива коэффициенты Kщ, Kз, Kф принимаются равными 1.

Удельный расход дизельного топлива на торможение поезда для грузовых и пассажирских тепловозов является функцией скорости, массы поезда и числа торможений на участке. Для предварительных расчетов, когда конкретный участок не задан, для грузовых поездов можно принять

Дnт = 3,5 кг/104 ткмбр

Время следования тепловоза на холостом ходу зависит от профиля пути и связано с величиной эквивалентного уклона.

Зависимость коэффициента Кх как отношение времени холостого хода к общему времени движения от величины эквивалентного уклона iэ приведена в табл. 8.

Таблица 8. Значения коэффициента Кх в зависимости от iэ

iэ,‰

-1

-0,5

0

+0,5

+1,0

+1,5

+2,0

+2,5

+3,0

Кх

0,315

0,250

0,200

0,160

0,132

0,115

0,085

0,067

0,053

Часовой расход топлива на холостом ходу gx, кг/ч, можно принять по данным ПТР [12] равным: ТЭМ2−10 кг/ч.

Относительный часовой расход топлива на холостом ходу в кг/104ткмбр

, (37)

где Vэ — скорость на эквивалентном уклоне, км/ч.

Относительный расход топлива на стоянках для приближенных расчетов можно принять

Дnс? 1,5 кг/104ткмбр.

Зная действительную норму расхода топлива «n», кг/104 ткмбр, определенную по формуле (34), и емкость топливных баков тепловоза-образца, можно определить возможный пробег тепловоза между снабжением топливом из выражения

, (38)

где 0,9 — коэффициент, учитывающий 10%-ный резервный запас топлива в топливных баках;

Gб — емкость топливных баков тепловоза, кг.

Пользуясь формулами (29), (30), (31), (33), определяем значения при q04 = 21 т/ось.

Результаты расчетов сводим в таблицу 9.

Таблица 9. Результаты расчёта сил сопротивления движению состава

V, км/ч

Тепловоз серии ТЭМ2; Р=118 т; Q=4100 т

i,‰

, КГС/Т

, кгс

, кгс/т

, кгс/т

, кгс/т

, кгс

, кгс

20

2,22

261,96

0,98

1,22

1,45

6525

6786

40

2,78

328,04

1,22

1,46

1,87

8415

8743

60

3,58

422,44

1,55

1,79

2,44

10 980

11 402

80

4,62

545,16

1,98

2,22

3,14

14 130

14 675

100

5?9

696,2

2,50

2,74

3,99

17 955

18 651

V, км/ч

iэ = 2,0 ‰

, КГС/Т

, КГС

, кгс/т

, кгс/т

, КГС/Т

, КГС

кгс

20

4,22

497,96

0,98

1,22

3,45

15 525

16 022

40

4,78

564,04

1,22

1,46

3,87

17 415

17 979

60

5,58

658,44

1,55

1,79

4,44

19 980

20 638

80

6,62

781,16

1,98

2,22

5,14

23 130

23 911

100

7,9

932

2,50

2,74

5,99

26 955

27 887

Пользуясь формулами (28) и (36), определяем значения Wо Wэ. (Результаты расчетов сводим в таблицу 9

.) затем на тяговую характеристику тепловоза наносим зависимость Wо = f (V) и Wэ = f (V). Точки пересечения зависимостей Wо = f (V) и Wэ = f (V) с зависимостью FK = f (V) определяют на оси скоростей соответственно значения Vо и Vэ, которые равны Vо = 30 км/ч и Vэ = 53 км/ч.

Эти значения Vо и Vэ используются в дальнейших расчетах.

Часовой расход топлива тепловозом определяем из выражения

Bч =gе • Nе = 197,12 кг/ч.

Тогда исходная норма расхода топлива будет составлять

кг/104 ткмбр

Величина коэффициента Ki; определяется из выражения Ki =l + a • iэ.

Из табл. 7 для Vэ = 53 км/ч находим значение коэффициента «а», которое будет равно 0,465. Тогда Ki =l + 0,465 • 2,0 = 1,93.

Зная норму часового расхода топлива тепловозом на холостом ходу (для тепловоза ТЭМ2 gx =10 кг/ч), находим относительный часовой расход топлива в кг/104 ткмбр.

кг/104 ткмбр.

Из табл. 8 для iэ =2,0% o находим значение коэффициента Кх, которое равно Кх = 0,085.

Тогда Кх • nх =0,085 • 2,0 = 0,17 кг/104 ткмбр.

Для грузовых поездов принимаем Дnт = 3,5 кг/104 ткмбр. Относительный расход топлива на стоянках принимаем

Дnс? 1,5 кг/104ткмбр.

Подставляя значения рассчитанных и принятых величин в формулу (34), получим

n = 14,6 • 1,812 • 1 • 1 • 1 + 3,5 + 0,065 • 0,22 + 2 = 31,973 кг/104 ткмбр.

Пробег Lт между наборами топлива тепловоза серии ТЭМ2 с составом массой Q=4100 т при емкости топливных баков Gб = 5440 кг и эквивалентном уклоне iэ = 2,0 ‰ составит

км

Литература

тепловоз модификация редуктор привод

1. Тепловоз ТЭМ2. М.: Транспорт, 1986. 214 с.

2. Локомотивы (Общий курс). Задание на курсовую работу № 1 с методическими указаниями для студентов Ш курса специальности «Тепловозы и тепловозное хозяйство». М.: ВЗИИТ, 1990. 47 с.

3. Гребенюк П. Т. и др. Справочник по тяговым расчетам М: Транспорт 1987. 272 с.

4. Локомотивное хозяйство / С. Я. Айзинбуд, В. А. Гудковский, П. И. Кельперис и др. М.: Транспорт, 1986. 263 с.

Показать Свернуть
Заполнить форму текущей работой